השתלת איון מכוסה שומן באמצעות רקמת שומן לבן אפידידימלית
Summary
שיטת השתלת איונים מכוסה שומן זו מתאימה לאיתור איים מושתלים בחלל התוך-צפק. יש לציין כי היא אינה דורשת שימוש בחומרים מחייבים ביולוגיים או בתפירה.
Abstract
השתלת איון היא טיפול חלופי תאי לסוכרת קשה. החלל התוך-צפקי הוא בדרך כלל אתר ההשתלה להליך זה. עם זאת, להשתלת איון תוך-צפקית יש כמה מגבלות, כולל יעילות השתלה ירודה, יכולת זיהוי שתלים קשה והיעדר יכולת השתלה לניתוח לאחר ההשתלה. במאמר זה, “השתלת איון מכוסה שומן”, שיטת השתלת איון תוך-צפקית המשתמשת ברקמת שומן לבנה אפידידימלית, משמשת להערכת ההשפעות הטיפוליות של איים מהונדסים ביולוגית. פשטות השיטה טמונה בזריעת איים על רקמת שומן לבן אפידידימלי ושימוש ברקמה לכיסוי האיונים. בעוד שניתן לסווג שיטה זו כטכניקת השתלת איון תוך-צפקית, היא חולקת מאפיינים עם השתלת איון רקמת שומן. עם זאת, שיטת השתלת האיים המכוסים בשומן מדגימה השפעות טיפוליות חזקות יותר מאשר השתלת איון רקמת שומן תוך-שומנית, כולל שיפור רמות הגלוקוז בדם והאינסולין בפלזמה והפוטנציאל להסרת שתלים. אנו ממליצים על אימוץ שיטה זו להערכת המנגנונים של השתלת איונים ברקמת שומן לבנה ואת ההשפעות הטיפוליות של איים מהונדסים ביולוגית.
Introduction
השתלת איים היא טיפול תחליפי תאים לחולים עם סוכרת קשה. דיווחים אחרונים הראו כי שיעורי עצמאות האינסולין בשלוש שנים לאחר ההשתלה משתפרים עד 44%1 וכי כ -80% מהמושתלים המקבלים יותר מ -600,000 שווה ערך לאיים בסך הכל משיגים עצמאות אינסולין2. יתר על כן, בדו”ח האחרון של מרשם השתלות האיים השיתופיים, התגלה כי רמות הגלוקוז בדם בצום נשמרו על 60-140 מ”ג/דצ”ל במשך תקופה של 5 שנים ביותר מ-70% מהחולים שעברו השתלת איון בלבד. המחקר גם קבע כי כ-90% מהחולים שקיבלו השתלת איון בלבד או השתלת איון לאחר השתלת כליה לא פיתחו אירועי היפוגליקמיה חמורים במשך למעלה מ-5 שנים3.
למרות שהתוצאות הקליניות של טיפול זה השתפרו, עדיין יש להתייחס לכמה מגבלות, כולל הצורך בהקמת אתר השתלה אופטימלי. הכבד הוא אתר השתלה טיפוסי להשתלת איונים קלינית מכיוון שהוא האיבר הגדול ביותר שיכול להכיל נפח גבוה של איונים. עם זאת, בחלק מהחולים הכבד אינו זמין (למשל, עקב יתר לחץ דם פורטלי, הפטיטיס ו / או שחמת4) ולכן אתרים אחרים, כולל החלל התת-קפסולרי הכלייתי5,6, שקית omental 7,8,9,10, mesentery 11, מערכת העיכול 12, שרירי השלד 13, רקמה תת עורית 13, מח עצם 14, וטחול 15 ,16,17, נחשבו כאתרי השתלה חלופיים.
למרות שהשתלת איון תוך-צפקית יכולה להתבצע בקלות בהרדמה מקומית, מה שהופך את החלל התוך-צפקי לאתר מושך להשתלת איון קלינית, עם ההשתלה, האיים מפוזרים לאורך כל החלל התוך-צפקי, מה שמקשה על זיהוי השתלת איון ואישור חריטה מוצלח. לכן, חלל intraperitoneal אינו מוכר באופן נרחב כאתר השתלה קליני אידיאלי. במקום זאת, הוא משמש לעתים קרובות כמודל בקרה למחקרים פרה-קליניים כדי לחקור את היעילות של 18 מושתלים18 ואיונים מהונדסים ביולוגית19. עם זאת, השוואה מדויקת בין איים מהונדסים ביולוגית לבין איי בקרה קשה להשיג בשל האתגרים בביצוע הערכת חריטה מדויקת.
לעומת זאת, השימוש ברקמת שומן לבנה תוך-צפקית בשקית האומנטלית8, במזנטריה ובמיקומים חוץ-כבדיים אחרים דווח היטב 10,20,21,22,23 ורבים מהמחקרים שבחנו את תפקודם של איים מהונדסים ביולוגית שהושתלו באמצעות רקמת שומן לבנה הצליחו לדווח על תוצאות טיפוליות מבטיחות20,24,25, 26. מכיוון שהשימוש ברקמת שומן אפידידימלית מקל על איתור איים מושתלים, פותחה “שיטת השתלת האיים המכוסים בשומן”, תוך שימוש ברקמת שומן אפידידימלית, כדי להתגבר על המגבלות של השתלת איון תוך-צפקי. במאמר זה מתוארת השתלת איון מכוסה שומן באמצעות רקמת שומן אפידידימלית.
Protocol
Representative Results
Discussion
שיטת השתלת האיים המכוסים בשומן משלבת טכניקות משתי טכניקות השתלה שונות: השתלת איון תוך-צפקי והשתלת איון רקמת שומן. מכיוון שקרום פני השטח של רקמת השומן הלבן האפידידימלי נחשב לרקמת השומן הלבנה המכוסה על ידי הצפק ומחוברת לאפידידימיס, ניתן לסווג אנטומית את שיטת השתלת האיים המכוסים בשומן כסוג ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה מומן על ידי מענק סיוע למחקר מדעי (C) (19K09839, NS) ממשרד החינוך, התרבות, הספורט, המדע והטכנולוגיה של יפן.
Materials
| 4-0 Nylon | Alfresa | ER2004NA45-KF2 | Closing abdomen |
| Alexa 488-conjugated donkey anti-guinea pig | Jackson Immunoresearch | 706-546-148 | Secondary antibody for insulin antibody |
| Alexa 647-conjugated donkey anti-rabbit | Jackson Immunoresearch | 711-606-152 | Secondary antibody for von Willebrand factor antibody |
| DMEM, low glucose, pyruvate | ThermoFisher Scientific | 11885084 | Culturing islets, transplanting islets |
| Eosin | Fujifilm Wako Chemicals | 051-06515 | Using for staining tissue by eosin |
| Eppendorf Safe-Lock Tubes, 1.5 mL | Eppendorf | 30120086 | Collecting islets |
| Falcon 15 mL Conical Centrifuge Tubes | Corning | 352095 | Collecting islets |
| Falcon 40 µm Cell Strainer | Falcon | 352340 | Using for separating islets from other pancreatic tissue |
| Falcon 50 mL Conical Centrifuge Tubes | Corning | 352070 | Discarding excessive medium/buffer |
| Guinea pig anti-insulin | Agilent Technologies Japan, Ltd. (Dako) | IR002 | Primary antibody for murine insulin |
| Hematoxylin | Muto Pure Chemicals Co., Ltd. | 30002 | Using for staining tissue by hematoxylin |
| Isodine solution 10% | Shionogi&Co., Ltd. | no catalog number | Using for disinfection |
| Isoflurane | Fujifilm Wako Chemicals | 095-06573 | Using for anesthesia |
| Labcon 1000 µL ZapSilk Low Retention Pipette Tips | Labcon | 1177-965-008 | Using for separating islets from other pancreatic tissue |
| Labcon 200 µL ZapSilk Low Retention Pipette Tips | Labcon | 1179-965-008 | Using for seeding islets onto epididymal white adipose tissue |
| Mintsensor | Sanwa Kagaku Kenkyusho Co. Ltd., | 8AEB02E | Using for monitoring blood glucose |
| Pipetteman P-1000 | Gilson | F123602 | Using for separating islets from other pancreatic tissue |
| Pipetteman P-200 | Gilson | F123601 | Using for seeding islets onto epididymal white adipose tissue |
| Rabbit anti-vWF | Abcam | ab6994 | Primary antibody for murine von Willebrand factor |
References
- Barton, F. B., et al. Improvement in outcomes of clinical islet transplantation: 1999-2010. Diabetes Care. 35 (7), 1436-1445 (2012).
- Balamurugan, A. N., et al. Islet product characteristics and factors related to successful human islet transplantation from the Collaborative Islet Transplant Registry (CITR) 1999-2010. American Journal of Transplantation. 14 (11), 2595-2606 (2014).
- Collaborative Islet Transplant Registry. . Collaborative Islet Transplant Registry. Annual Report. , (2017).
- Rajab, A., et al. Total Pancreatectomy and Islet Autotransplantation Following Treated Hepatitis C Infection. Cell Transplantation. 27 (10), 1569-1573 (2018).
- Mellgren, A., Schnell Landstrom, A. H., Petersson, B., Andersson, A. The renal subcapsular site offers better growth conditions for transplanted mouse pancreatic islet cells than the liver or spleen. Diabetologia. 29 (9), 670-672 (1986).
- Hiller, W. F., Klempnauer, J., Luck, R., Steiniger, B. Progressive deterioration of endocrine function after intraportal but not kidney subcapsular rat islet transplantation. Diabetes. 40 (1), 134-140 (1991).
- Yasunami, Y., Lacy, P. E., Finke, E. H. A new site for islet transplantation–a peritoneal-omental pouch. Transplantation. 36 (2), 181-182 (1983).
- Kin, T., Korbutt, G. S., Rajotte, R. V. Survival and metabolic function of syngeneic rat islet grafts transplanted in the omental pouch. American Journal of Transplantation. 3 (3), 281-285 (2003).
- Kasoju, N., et al. Bioengineering a pre-vascularized pouch for subsequent islet transplantation using VEGF-loaded polylactide capsules. Biomaterials Science. 8 (2), 631-647 (2020).
- Sakata, N., Yoshimatsu, G., Kodama, S. White Adipose Tissue as a Site for Islet Transplantation. Transplantology. 1 (2), 55-70 (2020).
- Osama Gaber, A., Chamsuddin, A., Fraga, D., Fisher, J., Lo, A. Insulin independence achieved using the transmesenteric approach to the portal vein for islet transplantation. Transplantation. 77 (2), 309-311 (2004).
- Fujita, M., et al. Technique of endoscopic biopsy of islet allografts transplanted into the gastric submucosal space in pigs. Cell Transplantation. 22 (12), 2335-2344 (2013).
- Sakata, N., et al. Strategy for clinical setting in intramuscular and subcutaneous islet transplantation. Diabetes/Metabolism Research and Reviews. 30 (1), 1-10 (2014).
- Cantarelli, E., et al. Transplant Site Influences the Immune Response After Islet Transplantation: Bone Marrow Versus Liver. Transplantation. 101 (5), 1046-1055 (2017).
- White, S. A., et al. The risks of total pancreatectomy and splenic islet autotransplantation. Cell Transplantation. 9 (1), 19-24 (2000).
- Itoh, T., Nishinakamura, H., Kumano, K., Takahashi, H., Kodama, S. The Spleen Is an Ideal Site for Inducing Transplanted Islet Graft Expansion in Mice. PLoS One. 12 (1), 0170899 (2017).
- Sakata, N., Yoshimatsu, G., Kodama, S. The Spleen as an Optimal Site for Islet Transplantation and a Source of Mesenchymal Stem Cells. International Journal of Molecular Sciences. 19 (5), (2018).
- Sakata, N., et al. Effect of rat-to-mouse bioartificial pancreas xenotransplantation on diabetic renal damage and survival. Pancreas. 32 (3), 249-257 (2006).
- Nagaya, M., et al. Effectiveness of bioengineered islet cell sheets for the treatment of diabetes mellitus. Journal of Surgical Research. 227, 119-129 (2018).
- Weaver, J. D., et al. Vasculogenic hydrogel enhances islet survival, engraftment, and function in leading extrahepatic sites. Science Advances. 3 (6), 1700184 (2017).
- Dufour, J. M., et al. Development of an ectopic site for islet transplantation, using biodegradable scaffolds. Tissue Engineering. 11 (9-10), 1323-1331 (2005).
- Chen, X., et al. The epididymal fat pad as a transplant site for minimal islet mass. Transplantation. 84 (1), 122-125 (2007).
- Sakata, N., et al. Mechanism of Transplanted Islet Engraftment in Visceral White Adipose Tissue. Transplantation. 104 (12), 2516-2527 (2020).
- Navarro-Requena, C., et al. PEG hydrogel containing calcium-releasing particles and mesenchymal stromal cells promote vessel maturation. Acta Biomaterialia. 67, 53-65 (2018).
- Phelps, E. A., Headen, D. M., Taylor, W. R., Thule, P. M., Garcia, A. J. Vasculogenic bio-synthetic hydrogel for enhancement of pancreatic islet engraftment and function in type 1 diabetes. Biomaterials. 34 (19), 4602-4611 (2013).
- Manzoli, V., et al. Immunoisolation of murine islet allografts in vascularized sites through conformal coating with polyethylene glycol. American Journal of Transplantation. 18 (3), 590-603 (2018).
- Gotoh, M., Maki, T., Kiyoizumi, T., Satomi, S., Monaco, A. P. An improved method for isolation of mouse pancreatic islets. Transplantation. 40 (4), 437-438 (1985).
- Brandhorst, D., Brandhorst, H., Hering, B. J., Bretzel, R. G. Long-term survival, morphology and in vitro function of isolated pig islets under different culture conditions. Transplantation. 67 (12), 1533-1541 (1999).
- Noguchi, H., et al. Low-temperature preservation of isolated islets is superior to conventional islet culture before islet transplantation. Transplantation. 89 (1), 47-54 (2010).
- Itoh, T., et al. Low temperature condition prevents hypoxia-induced islet cell damage and HMGB1 release in a mouse model. Cell Transplantation. 21 (7), 1361-1370 (2012).
- Komatsu, H., et al. Optimizing Temperature and Oxygen Supports Long-term Culture of Human Islets. Transplantation. 103 (2), 299-306 (2019).
- Unger, R. H. Lipid overload and overflow: metabolic trauma and the metabolic syndrome. Trends in Endocrinology, Metabolism. 14 (9), 398-403 (2003).
- Mao, D., et al. A macroporous heparin-releasing silk fibroin scaffold improves islet transplantation outcome by promoting islet revascularisation and survival. Acta Biomaterialia. 59, 210-220 (2017).
- Wang, K., Wang, X., Han, C. S., Chen, L. Y., Luo, Y. Scaffold-supported Transplantation of Islets in the Epididymal Fat Pad of Diabetic Mice. Journal of Visualized Experiments. (125), e54995 (2017).
- Wang, X., Wang, K., Zhang, W., Qiang, M., Luo, Y. A bilaminated decellularized scaffold for islet transplantation: Structure, properties and functions in diabetic mice. Biomaterials. 138, 80-90 (2017).
- Rios, P. D., Zhang, X., Luo, X., Shea, L. D. Mold-casted non-degradable, islet macro-encapsulating hydrogel devices for restoration of normoglycemia in diabetic mice. Biotechnology and Bioengineering. 113 (11), 2485-2495 (2016).
